Konstrukcijų inžinerija pakeitė mano pasaulį daugeliu atžvilgių – nuo aukštų dangoraižių statybos iki tiltų, kertančių ištisas upes, statybos.
Paprasta sijos kolona yra viena iš svarbiausių daugelio šių pastatų dalių.
Šią konstrukcijos dalį tuo pačiu metu veikia ir ašinė apkrova, ir lenkimo momentai, kuriuos sukelia šoninės jėgos arba išilginės apkrovos ekscentriškumas.
Daugelis šių dienų inžinerinių stebuklų nebūtų įmanomi be sijų kolonų.
Šiame straipsnyje apžvelgsiu spindulių stulpelius ir pakalbėsiu apie tai, kas jie yra, kaip jie veikia ir kodėl jie svarbūs.
Šis įrašas skirtas visiems, nesvarbu, ar esate naujas inžinerijos studentas, ar patyręs inžinierius, norintis išmokti ko nors naujo.
Taigi pradėkime ir išsiaiškinkime, kas yra sijos kolonos ir ką jos daro.
Įvadas
Oficialus apibrėžimas:
Konstrukcijos elementą vienu metu veikia ašinė apkrova ir lenkimo momentai, atsirandantys dėl šoninių jėgų arba išilginės apkrovos ekscentriškumo.
Sijos kolona yra svarbi inžinerijos dalis, naudojama pastatams, tiltams ir kitoms konstrukcijoms palaikyti.
Šiame straipsnyje apžvelgsime įvairius būdus, kaip sijų kolonos naudojamos inžinerijos ir statybos projektuose.
Kas yra kolonos sija?
Sijos kolona yra konstrukcinis elementas, pagamintas taip, kad atlaikytų apkrovas ant ilgosios ašies.
Jis gali būti vadinamas suspaudimo elementu, o tai reiškia, kad suspaudus ant jo tenka didžiausias svoris.
Sijos kolona gali išlaikyti sijų, sienų, plokščių ir kitų konstrukcijų svorį.
Sijų kolonų tipai
Inžinerijoje naudojama daug įvairių sijų kolonų.
Valcuotų plieninių sijų kolonos yra įprastas plieno konstrukcijose naudojamas kolonų tipas.
Jis pagamintas iš plieno plokščių valcavimo į formą, kuri gali išlaikyti apkrovas, kai jos suspaudžiamos.
- Gelžbetoninė sijos kolona: Šio tipo sijų kolona pagaminta iš betono ir sutvirtinta plieniniais strypais.
Jis naudojamas statyti iš gelžbetonio ir yra puikus būdas perkelti sunkius daiktus.
- Medinės sijos kolona: Šio tipo sijų kolona yra pagaminta iš medžio ir dažnai naudojama gyvenamųjų namų statyboje.
- Sudėtinė sijos kolona: Šio tipo sijos stulpeliai gaminami sujungiant dvi ar daugiau medžiagų, tokių kaip plienas ir betonas, kad būtų tvirtesnė ir patvaresnė konstrukcija.
Kam tenkintis mažiau, kai sijos kolona suteikia viską?
Vis dar sunku suprasti? Šiek tiek pakeisiu požiūrį:
Ar pavargote nuo nuobodžių, tiesių sijų, kurios vienu metu gali atlikti tik vieną dalyką? Nežiūrėkite kitur, tik į sijos koloną! Kam naudoti paprastą, vienmatį spindulį, kai galite naudoti elementą, kuris daro viską?
Taip, sijos kolona yra aukščiausias konstrukcijų inžinerijos pasiekimas, nes jis lengvai atlaiko ir ašines apkrovas, ir lenkimo momentus.
Taigi kodėl verta rinktis tik vieną krovinio rūšį, kai galite turėti visus? Naudodami universalų sijos stulpelį galite priimti išilginės apkrovos keistumą ir suteikti savo gyvenimui šiek tiek šoninės jėgos.
Gerai, tai buvo tik pokštas, panašus į TV reklamą.
Dabar grįžkime prie paaiškinimo.
Sijų kolonose naudojamos medžiagos
Sijos kolonos gali būti pagamintos iš akmens, medžio, betono ar plieno, be kita ko.
Tačiau šiuolaikinėse konstrukcijose dažnai naudojamos H formos plieninės kolonos, nes jos yra tvirtos ir standžios.
H formos stulpelio ilgesnės flanšo pusės yra storesnės nei vidurinė juostos dalis, todėl ji geriau atlaiko gniuždymo jėgą.
Šiuolaikinius pastatus taip pat dažnai palaiko sijų ir kolonų sistemos, pagamintos iš gelžbetonio.
Apibrėžimas ir skirtumai
Sijos ir stulpelio apibrėžimas
Sija yra pastato dalis, pagaminta taip, kad atlaikytų apkrovas lenkiant.
Paprastai jis yra plokščias ir laikomas išilgai galų arba išilgai.
Daugumą grindų, stogų ir tiltų laiko sijos.
Kita vertus, kolona yra vertikali pastato dalis, pagaminta taip, kad atlaikytų daugiausia gniuždomąsias apkrovas.
Paprastai jis naudojamas pastatui ar kitai konstrukcijai išlaikyti ir svorį perkelti į pamatą.
Skirtumai tarp sijos ir kolonos
Tarp sijų ir kolonų yra keletas pagrindinių skirtumų.
- Apkrovos keliamoji galia: sijos dažniausiai skirtos nešti apkrovas, kurios yra sulenktos, o kolonos dažniausiai skirtos nešti apkrovas, kurios yra suspaustos.
Dėl šios priežasties sijos būna stipresnės, kai sulenktos, ir silpnesnės, kai suspaudžiamos, o kolonos yra stipresnės, kai suspaudžiamos, ir silpnesnės, kai sulenkta.
- Orientacija: sijos dažniausiai yra šone, o kolonos – viršuje.
- Atramos sąlygos: sijos paprastai remiamos iš galų arba išilgai jų ilgio, o kolonos paprastai remiamos prie pagrindo ir viršaus.
- Skerspjūvio forma: sijos dažniausiai būna kvadratinės, apskritos arba I formos, o kolonos – kvadratinės, apskritos arba stačiakampės.
Pagrindinės sąvokos ir skirtumai
Sijos kolona yra pastato dalis, skirta atlaikyti tiek ašines, tiek lenkimo apkrovas.
Jis naudojamas, kai reikia perkelti didelius krovinius iš konstrukcijos į pamatą.
Sijos kolona eina iš pagrindo į antstatą.
Tai yra pagrindinė svorio perkėlimo nuo pastato viršaus iki pamato dalis.
Skirtumai tarp sijų kolonų, sijų ir kolonų
Štai svarbiausi skirtumai tarp sijų kolonų, sijų ir kolonų:
- Apkrovos keliamoji galia: sijos kolona yra skirta išlaikyti tiek ašines, tiek lenkimo apkrovas, o sija dažniausiai skirta lenkimo apkrovoms, o kolona dažniausiai skirta ašinėms apkrovoms.
Stulpelis yra vertikalus suspaudimo elementas, o sija yra horizontalus suspaudimo elementas.
Sijos kolona jungia pamatą su viršutiniu sluoksniu, kuris gali būti horizontalus arba vertikalus.
Pagal skerspjūvio formą sija dažniausiai yra kvadrato, apskritimo arba I formos, o kolona – kvadrato, apskritimo arba stačiakampio formos.
Sijos kolonos skerspjūvis gali būti bet kokios formos, tačiau dažniausiai tai yra kvadratinių ir apvalių formų derinys.
- Naudojimas: sijos dažniausiai naudojamos grindims, stogams ir tiltams palaikyti, o kolonos dažniausiai naudojamos pastato ar kitos konstrukcijos svoriui išlaikyti.
Sijos kolonos naudojamos pastatuose, kuriuose į pamatą reikia perkelti tiek ašines, tiek lenkimo apkrovas.
Sijos-kolonos jungtis
Sijų ir kolonų jungtys sulaiko sijas ir kolonas kartu konstrukcijoje.
Šiame straipsnyje apžvelgsime skirtingus sijų ir kolonų jungčių tipus ir kaip jie padeda išlaikyti pastatą saugų ir stabilų.
Sijų ir kolonų jungčių tipai
Atsižvelgiant į jungties standumą, yra du pagrindiniai sijų ir kolonų jungčių tipai: lanksčios jungtys ir standžios jungtys.
- Lankstus sujungimas: lanksčioje jungtyje, kuri taip pat vadinama paprasta jungtimi arba smeigtuku, momentas tarp sujungtų dalių neperduoda.
Jis judina ašines arba šlyties jėgas, bet ne momentus.
Lanksčios jungtys dažnai naudojamos konstrukcijose, kuriose sijų ir kolonų jungtys turi susidoroti su nedideliais posūkiais ar posūkiais.
- Standži jungtis: standi jungtis, dar vadinama atsparia momentui arba fiksuota jungtimi, perkelia ir šlyties, ir momentą tarp sujungtų dalių.
Standžios jungtys naudojamos, kai sijos ir kolonos jungtis turi atlaikyti didelius posūkius ar sukimo jėgas.
Specialios jungtys
Kreivų jungčių, ekscentrinių sijų prie kolonų ir jungčių su kolonų tinkleliu atveju galima naudoti paprastas jungtis.
Šie ryšiai laikomi ypatingais.
Sumažinus sijos dalis, paprastos jungtys gali būti atsparesnės surišimui.
Tai galima padaryti išpjaunant skylutes sijos tinkle arba nupjaunant dalį sijos flanšų (sumažinta juostos dalis).
Veiksniai, turintys įtakos sijos ir kolonos jungties dizainui
Naudojamo sijos ir kolonos jungties tipas priklauso nuo daugelio dalykų, pvz., konstrukcijos svorio, konstrukcijos projektavimo reikalavimų ir medžiagų savybių.
Kai kurie dalykai, turintys įtakos sijos ir kolonos jungimui, yra šie:
- Apkrova: sijos ir kolonos jungtis turi turėti pakankamai apkrovos, kad atlaikytų jėgas ir momentus, kurie gali veikti.
- Reikalavimai konstrukcijų projektavimui: sijos ir kolonos jungties projektas turi atitikti statybos kodeksą ir konstrukcijų projektavimo projekto specifikacijas.
- Medžiagos savybės: Projektuojant turi būti atsižvelgta į sijos ir kolonos sujungimui naudojamų medžiagų stiprumą ir standumą.
Maksimalus momentas ir dizainas
Projektuojant konstrukciją, konstrukcijos gebėjimas atsispirti lenkimo momentams yra pagrindinė dalis, užtikrinanti, kad ji išliktų stabili.
Maksimalus momentas
Lenkimo momento lygtys ir formulės naudojamos norint išsiaiškinti, kiek sija gali sulenkti.
Didžiausias momentas yra didžiausias momentas, kurį konstrukcija gali turėti esant tam tikram apkrovos atveju.
Svarbu atsiminti, kad svarbiausias dizaino atvejis ne visada gali būti maksimalus momentas.
Dėl to, kaip sąveikauja lenkimo ir ašinės arba sukimo jėgos, kitas apkrovos atvejis su mažesne momento verte gali būti nurodytas kaip svarbiausias projektavimo atvejis.
Dizaino akimirkos
Dizaino akimirkos ir didžiausios akimirkos nėra tas pats dalykas.
Projektavimo momentai nustatomi atsižvelgiant į kodo reikalavimus ir saugos veiksnius, o didžiausi momentai – žiūrint į analizės rezultatus.
Projektuojant atsižvelgiama į tokius dalykus kaip medžiagos savybės, saugos faktoriai ir apkrovų deriniai pagal tai, ką sako kodas.
Projektavimo momentai yra labai svarbūs, norint įsitikinti, kad konstrukcija atlaiko jai tenkančias apkrovas ir dar turi pakankamai vietos saugumui.
Apsvarstykite šiuos dalykus, kad išsiaiškintumėte dizaino momentą:
- Medžiagos savybės: Nustatant projektinį momentą, atsižvelgiama į sijos takumo ribą ir tamprumo modulį.
- Apkrovų deriniai: projektavimo momentas nustatomas naudojant statybos kodekso skirtingų apkrovų derinių sąrašą.
- Saugos faktoriai: projektavimo momentas apima saugos veiksnius, užtikrinančius, kad konstrukcija gali atlaikyti apkrovas, viršijančias ir viršijančias didžiausias numatomas apkrovas.
Sijų kolonų projektavimas
Sijos kolonos yra konstrukcinės dalys, kurios yra suspaustos išilgai ir sulenktos per plotį.
Pastatuose jie naudojami svoriui perkelti nuo aukščiau esančios sijos iki pamato.
Norėdami suprojektuoti siją-stulpelį, turite išsiaiškinti, koks svoris yra ant jo ir kokio dydžio jis yra.
Tai galite padaryti naudodami programinę įrangą, pvz., „Autodesk Inventor's Beam/Column Calculator“, arba ranka naudodami formules iš civilinės inžinerijos vadovėlių arba svetainių, pvz., CivilJungle.com arba Civiconcepts.com.
Sijos-kolonos apkrovų skaičiavimas
Pirmasis žingsnis kuriant sijos-stulpelio konstrukciją yra išsiaiškinti, kiek svorio tenka sijai ir kolonai.
Dažniausiai apkrovos apkraunamos kolonoms jų galuose, o tai sukelia ašinius gniuždymo įtempius.
Kartais ašinės jėgos, skersinės jėgos ir lenkimo momentai gali veikti koloną (pvz., sijos stulpelius).
Faktinį apkrovos pasiskirstymą padalijus iš sijos ilgio, galite rasti tolygiai paskirstytą apkrovą kiloniutonais vienam metrui.
Sijos ir stulpelio dydžio apskaičiavimas
Kai išsiaiškinsite, kiek svorio turi sijos kolonėlė, turite išsiaiškinti, kokio dydžio turi būti sija ir stulpelis, atsižvelgiant į kiekvieno svorio svorį.
Pavyzdžiui, betono tūris 230 mm x 450 mm sijai, neįskaitant plokštės storio, būtų 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3, o jo svoris būtų 0,138 x 2400 = 333 kg.
Taip pat bendrą stulpelio, kurio ilgis paprastai tris kartus viršija mažiausią skerspjūvio plotį, svorį galima rasti sudėjus visų jo dalių svorius.
Sijos-stulpelio jungtis
Sijos ir kolonos jungtis yra ta vieta, kur sija ir kolona susijungia pastate.
Jį sudaro jungtis ir šalia jungties esančios sijos, kolonos ir plokštės dalys.
Priklausomai nuo jungties tvirtumo, yra įvairių tipų sijų ir kolonų jungčių.
Lanksti jungtis, kuri taip pat vadinama paprasta arba smeigtu jungtimi, perduoda šlyties arba ašinę jėgą, bet ne momentus.
Standžioji jungtis, kuri taip pat vadinama momentui atsparia jungtimi arba fiksuota jungtimi, perkelia tiek šlyties, tiek momentą tarp sujungtų dalių.
Kreivų jungčių, ekscentrinių sijų prie kolonų ir jungčių su kolonų tinkleliu atveju galima naudoti paprastas jungtis.
Maksimalus lenkimo momentas
Kai išorinė jėga veikia sijos stulpelį, dėl kurio ji sulinksta ir galiausiai lūžta, tada lenkimo momentas yra didžiausias.
Kai ištisiniam pluoštui išlaikyti naudojamos prisegtos atramos, tarpinių atramų metu atsiranda svyravimo momentai, o tarpatramiuose - svyravimo momentai.
Labai arti tarpinių atramų yra kontrafleksijos taškai.
Gali būti, kad maksimalaus momento taškas būtų ten, kur taikomas didesnis pirminis momentas.
Dizaino akimirkos ir didžiausios akimirkos
Projektavimo momentai nustatomi atsižvelgiant į kodo reikalavimus ir saugos veiksnius, o didžiausi momentai – žiūrint į analizės rezultatus.
Projektuojant momentus, atsižvelgiama į daugelį dalykų, pavyzdžiui, į medžiagos savybes, saugos faktorius, apkrovų derinius.
Maksimaliose akimirkose atsižvelgiama tik į apkrovas, kurios tenka konstrukcijai, o ne į saugos ar kodo reikalavimus.
Lieknumo santykis
Civilinėje inžinerijoje plonumo koeficientas yra santykis tarp kolonos ilgio ir mažiausio jo šoninio matmens.
Norėdami tai išsiaiškinti, padalykite stulpelio efektyvų ilgį iš jo sukimosi spindulio.
Lieknumo koeficientas naudojamas norint išsiaiškinti, kiek svorio kolona gali išlaikyti prieš pasilenkdama.
Jei lieknumo koeficientas yra mažesnis arba lygus 12, stulpeliai laikomi trumpais.
Jei yra daugiau nei 12, stulpeliai laikomi ilgomis arba plonomis.
Trumpi stulpeliai valdomi pagal jų ilgį ir plotį, o ilgi, ploni stulpeliai – pagal jų ilgio ir pločio santykį.
Sijos/stulpelio sujungimai
Patarimas: jei reikia, įjunkite antraštės mygtuką. Jei nesate susipažinę su šnekamąja kalba, nustatymų mygtuke pasirinkite „automatinis vertimas“. Gali tekti pirmiausia spustelėti vaizdo įrašo kalbą, kad jūsų mėgstamiausia kalba taptų prieinama versti.
Sijos kolonų panaudojimas
Tiltai:
Sijų kolonos dažnai naudojamos tiltams tiesti, nes jos gali atlaikyti lenkimo momentus, kuriuos sukelia transporto priemonių svoris, taip pat šonines jėgas, kurias sukelia vėjas ir žemės drebėjimai.
Jie taip pat gali būti pritaikyti įvairiems tarpatramiams ir apkrovoms, todėl jie yra geras pasirinkimas tiek trumpo, tiek ilgo tarpatramio tiltams.
Dideli, aukšti pastatai:
Sijos kolonos dažnai naudojamos aukštuose pastatuose, nes jos gali išlaikyti didelius svorius ir atlaikyti vėjo bei žemės drebėjimų jėgas.
Jie taip pat puikiai tinka aukštiems pastatams, nes gali būti pagaminti skirtingo ilgio ir skersmens.
Tai padeda tolygiau paskirstyti svorį ir daro pastatą stabilesnį.
Pramoninės konstrukcijos:
Kadangi juose galima laikyti sunkią įrangą ir mašinas, sijos kolonos dažnai naudojamos pramoniniuose pastatuose, pavyzdžiui, gamyklose ir sandėliuose.
Tokiuose pastatuose sijos dažnai naudojamos stogo santvaroms paremti ir svoriui perkelti nuo stogo ant pamato.
Gyvenamosios konstrukcijos:
Sijos kolonos taip pat naudojamos gyvenamuosiuose pastatuose, ypač rūsių sienoms ir pamatams.
Jie taip pat gali būti naudojami kaip atraminės kolonos atviruose grindų planuose, kad viršutiniai aukštai būtų stabilūs.
Infrastruktūros projektai:
Sijos kolonos dažnai naudojamos infrastruktūros projektuose, tokiuose kaip tuneliai, užtvankos ir atraminės sienos.
Tuneliuose stogą ir sienas laiko sijos.
Užtvankose jie padeda tolygiai paskirstyti vandens svorį visoje konstrukcijoje.
Sijos kolonos gali būti naudojamos atraminėse sienose, kad būtų sustabdytos šoninės jėgos, kurias sukelia dirvožemio slėgis ir vanduo.
Išvada
Kai apžvelgiame sijų kolonas, akivaizdu, kad šios pastato dalys yra labai svarbios inžinerijos pasaulyje.
Nuo mūsų pastatų pamatų iki kelių, jungiančių mūsų miestus, sijų kolonos daugeliui kasdien naudojamų konstrukcijų suteikia reikiamą atramą ir stabilumą.
Tačiau sijos kolonos taip pat įdomios, nes suteikia mums unikalų vaizdą, kaip forma ir funkcija veikia kartu.
Tai, kaip gaminama ir įdedama sijos kolona, gali turėti didelės įtakos viso pastato išvaizdai ir savijautai.
Dėl šios priežasties sijų kolonas galime galvoti ne tik kaip naudingus įrankius, bet ir kaip svarbią inžinerijos, kaip meno ir mokslo, dalį.
Taigi kitą kartą eidami pro dangoraižį ar pereidami tiltą, skirkite šiek tiek laiko ir įvertinkite paprastą sijos koloną, kuri padeda visa tai padaryti.
Nuorodos ir nuorodos
Įvadas į plieninių kolonų arba suspaudimo elementų dizainą
Detalių pastatas su plienu
Konstrukcinis betono panaudojimas
Pasidalinti…
